1、1长江边不良土质异型不等高沉井施工孙志茹 1 黄文宜 2 （1 南京市排水管理处，210009 2 东南大学经济管理学院，210096）摘 要：本文详细介绍了新江边泵房沉井施工的工程概况、工程特点以及整个施工过程，为大型、异型、不等高沉井的施工提供了成功的借鉴。关键词：大型异型不等高沉井； 不排水下沉； 水下封底；沉井施工1 工程概况新江边泵站是南京市江心洲污水处理厂扩建二期工程的一个重要项目，主要为河西地区收集到的污水提供动力，污水经粗格栅后由污水泵房输送至江心洲污水厂进行处理。该泵房位于新建棉花堤江边泵站西南，外侧距长江防洪大堤背水面坡脚 15m。场地原为一片民房及沟塘，现民房已全部拆除，
2、明塘已进行回填处理，场地地形平坦。泵房及粗格栅设计为连体结构，采用沉井方法施工。粗格栅及集水井长 29.97m，宽 11.2m，深 13.93m；泵房长 23m，宽 7.6m，深 16.43m。沉井刃脚高1.8m，底板厚 0.8m，平面为 T 字形异形结构；泵房同格栅间底标高相差 2.5m，为偏重心结构，详见图 1。2 地质情况工程场地处的地质情况见表 1。土层厚度（m） 层底埋深（m）序号 编号 土层名称平均厚度（m） 平均埋深（m）承载力（kPa）0.40.8 0.40.81 1 杂填土0.48 0.480.722.40 1.12.802 2 素填土1.06 1.44未完成自重固结1.40
3、2.40 2.604.43 1 粉质粘土夹粉土1.06 3.41120表 1 各土层情况一览表第 一 节 沉 井第 二 节 沉 井沉 井 剖 面 示 意 图泵房 格 栅 间 及 集 水 井沉 井 平 面 示 意 图 第一次浇筑段第二次浇筑段第三次浇筑段图 1 沉井示意图29.1011.30 12.015.504 2 淤泥质、粉质粘土夹粉砂10.47 13.88705.508.20 20.023.55 1 粉砂夹粉质粘土 7.27 21.6 1206 2 粉砂夹薄层粉质粘土 未穿透 1803 工程特点与难点（1）沉井平面位置特殊。因场地及整个规划需要，沉井贴靠于长江防洪大堤，距大堤背水面坡脚 1
4、5m，距江水仅 30m。（2）场地地质条件复杂。上部杂填土含有较多的杂填物，是沉井下沉的障碍，如处理不当极易引起沉井倾斜；下部粉砂夹粉质粘土，渗透系数较大，沉井下沉中易形成流沙。沉井下沉到设计标高后，粗格栅部分沉井刃脚坐落在淤泥质粉质粘土夹粉砂土层，泵房部分沉井刃脚坐落在粉砂质粘土及粉砂夹薄层粉质粘土层。（3）沉井结构复杂。整个沉井平面呈“T”字型，平面面积大，而且形心和重心不重合，立面呈阶梯形，高差达 2.5m，下沉过程中极易发生偏心。且局部有凹角，凹角处受力复杂，下沉均匀性难度大，如发生偏歇斜将难以纠偏，并易导致沉井井壁尤其是凹角处发生断裂。（4）采用不排水法下沉。由于施工期为汛期，为防止
5、长江防洪大堤和周边建筑物的安全，设计方案要求采用不排水法下沉。而工程地质条件复杂、场地、施工形体复杂的沉井，采用该法施工难度极大。（5）下沉过程中不可预见因素多。由于场地地质条件复杂，沉井不同部位刃脚高度相差较大，在下沉过程中完全有可能出现沉井刃脚位于不同地层的情形，沉井极易形成倾斜。（6）设计选用三次预制二次下沉的方法，必须克服第三次砼浇筑过程中自沉，保证砼的整体性。（7）该沉井同时作为污水顶管的接收井，对沉井终沉后的标高及轴线偏差要求较高。上述七点就是该沉井施工的特点和难点所在，项目部针对此制定了周密的施工方案。4 沉井的施工沉井的施工主要分为沉井现场制作、沉井下沉和沉井封底三个部分。由于
6、该沉井较深（泵房部分为 16.43m） ，且沉井两部分高低不一，制作总高度超过 12m 时一次下沉不够稳定，容易发生倾斜，因此采用沉井三次预制二次下沉施工方法。第一次制作刃脚，高 4.3m；第二次制作第一节井壁，高 5.75m；第三次制作第二节井壁，高 6.38m。待第一节井壁的钢筋混凝土达到强度要求，进行第一次下沉施工；第一次下沉至设计标高时，进行第二节井壁制作，当强度达到要求时，进行第二次沉井下沉施工。沉井下沉至设计标高后，进行沉井封底。此外，由于沉井紧靠长江大堤，泵站地势较低，且沉井施工正在梅雨季节，长江水位及地下水位增高，地下水渗透量加大，极易产生渗透流，出现流砂、管涌现象，加上在沉井
7、下沉过程及降水过程中，易造成地质情况恶化，引起沉井周边土的流失。为保障大堤、沉井的安全，在大堤东侧坡脚打一排长 60m800 钻孔灌注桩，深 26m，间距 1m。灌注桩中间空隙采用高压水泥浆旋喷法进行地基处理，形成隔水帷幕，阻挡大堤内外地下水的流动。4.1 沉井制作沉井制作的基础方式采用砂垫层及垫木方案。沉井制作步骤为：先进行沉井基坑开挖，再进行砂垫层及承垫木施工，最后进行沉井主体预制。4.1.1 沉井基坑开挖采用反铲挖掘机挖土，每边留出 3m 操作空间，开挖出台阶状。开挖时留 30cm 左右人工清理，3严禁超挖。开挖基坑底标高为 3.5m（泵房） 、6m（格栅间） 。由于施工场地土质较差，因
8、此采用1：1.25 的边坡系数放坡。在基坑底设置 500mm500mm 的盲沟，盲沟沿基坑四周设置，填以碎石，再在基坑的东南和西北角分设 1m1m2m 的集水坑，将水引入已建的场内抽水系统，排出场外。4.1.2 砂垫层及承垫木施工基坑开挖后进行砂垫层施工。砂垫层厚度取 1m。铺设分层进行，每层厚度不超过 300mm，铺设时洒水并用平板震动器夯实。施工完毕后用换填法检验砂垫层施工质量，达到设计承载力（160kPa）要求后进行后续施工。砂垫层铺设完后，安装承垫木。承垫木采用铁路标准枕木（160mm220mm2500mm） ，垫木间距为 350mm，垂直池壁轴线方向布置。在设计位置布置 8 组定位承
9、垫木，每组 5 根并排紧贴放置，起定位作用。轨枕嵌在素砼垫层内，顶表面平承垫木。垫层砼采用现场搅拌机搅拌，采用普硅 32.5 级水泥，强度等级 C10。垫层砼厚度为 100mm，宽度要求每边伸出刃脚 800mm。4.1.3 沉井主体预制沉井采用三次预制。模板用钢模、对拉螺栓系统，主体砼采用商品砼，水平施工缝处理采用钢板止水带。刃脚部位采用砖模配合钢模施工，砖模采用 M5砂浆机制砖，刃脚处用 1：2 水泥砂浆粉刷，绑扎钢筋前，刃脚下用油毡隔离。4.2 沉井下沉施工4.2.1 下沉方法的确定下沉分两次进行，第一次下沉的开始阶段采用 2 台吊车抓斗抓土，等地下水大量涌出后改为不排水下沉。4.2.2
10、沉井的下沉力分析由于沉井主体分三次预制二次下沉施工，当第一次下沉到位，进行第三次预制时必须要对第一节沉井的稳定性进行分析，并采取措施，防止沉井突沉。验算按下式进行： FRfTGK式中：K下沉系数；G沉井自重，kN；T沉井侧壁摩阻力，kN；Rf刃脚反力，kN；F浮力，kN。若 K1，则表示沉井能自沉；反之，沉井不能自沉。如果第一节沉井下沉到位时，K1，则表明沉井不稳定，必须采取措施，使得 K1，确保沉井的稳定。当第一节沉井下沉到位时，沉井自重 G1为 33516kN，沉井侧壁摩阻力 T1为 20065.3kN，刃脚反力 Rf1为 3929.52kN，地下水浮力 F1（沉井有一半在水中）为 670
11、3.2kN，则K=33516/30698=1.0921。故沉井到位后仍有下沉趋势，须加阻（计算过程略） 。在实施第一次下沉作业距地坪尚有 1m 时就停止排泥，让沉井自然沉降，同时回填中砂至填满刃脚高度并夯实，在梁底两侧各 800mm 宽的部位也填满砂，以阻止第三次浇筑砼时沉井突沉。为了保证加阻后直至第二节沉井制作完毕整个过程中沉井的稳定，对加阻后沉井的下沉系数 K进行了验算。沉井自重 G2为 55742kN；增加摩擦力 T2为 4200kN；加阻后增加的刃脚反力 N2为27440kN，则 K55742/62338=0.8941，说明沉井全部施工完成后可避免突沉（计算过程略） 。4.2.3 沉井
12、下沉第一节沉井开始下沉之前，应先抽出承垫木。抽出承垫木时间隔几根对称抽取，抽出方法是：将垫木底部的砂垫层挖空，然后抽出，取出一根后，用砂回填夯实。4第一次下沉的开始阶段采用吊车抓斗抓土，等地下水大量涌出后改为不排水下沉。下沉前在刃脚处安装高压水冲泥搅拌系统。利用高压水流冲刷沉井井底的土层，使其形成泥浆汇流至池体中央，再利用泥浆泵将泥浆抽出，在抽吸泥浆的同时往池内加注清水，即用清水置换出泥浆，保持井内水位的稳定。高压水枪采用分组控制，一组设一个控制阀门，下沉时仅控制各组的阀门即可完成下沉、纠偏等操作。第二次下沉用空气吸泥机吸泥的方法置换泥浆下沉。第二次下沉前，先安装好空气吸泥机，由潜水员操作水枪
13、，通过井上人员控制空气阀门来调整泥浆置换速度、部位，达到最终安全下沉。在下沉过程中尤其是下沉的开始和结束阶段放慢下沉速度并及时纠偏。下沉过程中加强观测，下沉前 2m 和后 1m 每小时观测一次，中间阶段每 24 小时观测一次，并及时根据观测所得数据采取适当措施进行控制、纠偏，确保沉井均匀下沉。下沉过程中发现沉井有倾斜、移位等现象，可通过调节各组的水量来进行控制。此外，在下沉时还安排若干名潜水员每天定期到池底进行探摸，及时报告水下情况。同时，在沉井两侧 10m 左右设置地下水位观测井，井深 20m，每天定期观测地下水位，沉井下沉过程中井内水位要始终保持在井外水位以上 0.51m。4.5 沉井封底
14、沉井采用导管法水下封底的方法。封底前对由潜水员配合对沉井井底进行修整，使之成锅底形，再按设计要求用 C20 砼进行水下封底。使用导管法施工混凝土，根据沉井的底面积、沉井底部的地梁分格和每根导管的有效面积布置导管（按照我们在相同土质条件下的沉井水下封底经验，导管的布设应尽量少，以避免不同导管下注入的混凝土之间形成泥沙夹层导致封底混凝土漏水） ，共布设四根导管，制作 2m3的漏斗，配合 20m 导管进行施工。浇筑时将漏斗与导管连接后进行浇筑，砼封底时严格按照规范的要求进行操作，砼封底的厚度要大于设计封底厚度大约 30cm，以保证流淌到池壁边上的砼的厚度达到设计要求。并且根据砼的浇筑量控制导管竖直提
15、升速度。砼封底浇筑后待砼强度达到设计强度的 100%后，再进行抽水，并清理局部鼓出封底砼顶面上的素砼后再进行钢筋砼底板的施工。5 施工效果在整个施工过程中，我们抓住了施工过程的关键点，有效地控制了沉井下沉的速度和高程的准确度。在仔细研究该工程的地下水位、土质和工程结构等特点的基础上，周密制定了施工方案。终沉后，沉井下沉施工纵向最大偏差为 98mm，横向最大偏差为 34mm，施工质量符合设计及规范要求。实践证明，该沉井不排水下沉和带水封底施工是成功的，该泵站自 2006 年以来运行稳定，为同类工程的施工提供了成功的借鉴。参考文献：1 顾晓鲁,钱鸿缙,刘惠珊,等.地基与基础M.北京:中国建筑工业出版社 ,1993.2 高大钊.软土地基理论与实践 M. 北京:中国建筑工业出版社,1992.收稿日期：2009-05-12；作者简介：孙志茹（1970 - ） ，女，工程师，现主要从事市政工程施工管理工作。
